Автономный источник питания шахтных транспортных средств Советский патент 1991 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к горной электротехнике и автоматике и может быть использовано для электропитания сигнальных огней шахтных гировозов, дизелевозов, а также в других случаях, когда аккумуляторная батарея используется для питания нагрузки при временном отсутствии напряжения основного питающего источника и когда важна непрерывность работы.

Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения в условиях колебаний напряжения источника постоянного тока и обеспечения требуемой заряженности батареи.

На фиг. 1 показана схема автономного источника; на фиг. 2 - диаграммы сигналов на выходах составляющих его элементов.

Автономный источник питания содержит источник 1 постоянного тока, аккумуляторную батарею 2, нагрузку 3, регулирующий транзистор 4, измерительный резистор 5, задающий резистор 6, транзистор 7, устройсто V4

VJ VI VI

СЛ

во 8 контроля разряда батареи, состоящее из компаратора 9 и ключа 10, развязывающие диоды 11-13, параметрический стабилизатор 14, делитель 15 напряжения, делитель 16 напряжения на терморезисторах, реле 17 времени, компаратор 18, четвертый развязывающий диод 19, управляемый генератор 20 прямоугольных импульсов.

В исходном состоянии аккумуляторная батарея разряжена, а нагрузка 3 отключена от аккумуляторной батареи с помощью устройства 8 контроля разряда батареи.

При включении источника 1 постоянного тока в устройстве контроля 8 разряда батареи срабатывает компаратор 9, от которого включается ключ 10, и нагрузка 3 через разделительный диод 12 подключается к источнику 1 постоянного тока.

Одновременно напряжение питания подается на управляемый генератор 20 прямоугольных импульсов, на входе которого за период времени tcrti (фиг. 2а) формируется треугольный сигнал заданного максимального уровня.

В момент времени ц на выходе управляемого генератора 20 прямоугольных им- ,пульсов формируется низкий уровень напряжения, соответствующий сигналу логический 0 (фиг. 26), что приводит к включению регулирующего транзистора А (фиг, 2в) и через измерительный резистор 5, разделительный диод 11 и аккумуляторную батарею 2 течет ток-заряда, величина которого определяется степенью разряженности аккумуляторной батареи (фиг. 2е, момент времени ti). Если ток заряда выше его номинальной величины, то падение напряжения на резисторе 5 превышает опорное напряжение базово-эмиттерного перехода транзистора 7, который открывается и включает реле 17 времени.

Одновременно с включением регулирующего транзистора 4 на выходе компаратора 18 формируется низкий уровень напряжения (фиг. 2г). При этом управляемый генератор прямоугольных импульсов бпокируется с помощью разделительного диода 19, подсоединенного анодом к выходу генератора 20, а катодом - к выходу компаратора 18. Управляемый генератор 20 прямоугольных импульсов выключается (фиг. 26, момент времени t2), но регулирующий транзистор 4 остается включенным до тех пор, пока на выходе реле 17 времени не устанавливается низкий уровень напряжения (фиг. 2д, момент времени 1з).

Постоянная времени на включение реле 17 времени рассчитывается таким образом, чтобы действующее значение тока заряда батареи не превышало номинальную величину тока заряда аккумуляторной батареи. Это время должно быть также меньше времени формирования паузы управляемого генератора прямоугольных импульсов, т.е.

промежуток времени должен быть больше промежутка1 времени ti-ta. С момента времени 1з до ti регулирующий транзистор 4. выключен, тока заряда нет (фиг. 2е), реле 17 времени за этот промежуток времени выключается (фиг. 2д), на выходе компаратора 18 поддерживается высокий уровень напряжения (фиг. 2г), развязывающий диод

19закрыт, а на входе генератора 20 прямоугольных импульсов (фиг. 2а) сигнал не успевает достигнуть уровня срабатывания этого генератора и на его выходе тоже поддерживается высокий уровень напряжения (фиг. 26). Поэтому в момент времени регулирующий транзистор закрыт (фиг. 2в) и ток

заряда отсутствует.

В момент времени t4, реле 17 времени выключается, компаратор 18 переключается в низкоимпедансное состояние, диод 19 открывается, открывается регулирующий

транзистор 4 и снова начинает протекать ток заряда аккумуляторной батареи 2. Импульсы тока заряда повторяются до тех пор, пока амплитуда их не снизится до номинального значения тока заряда аккумуляторной батареи (фиг. 2е, момент времени ts). При номинальном значении тока заряда аккумуляторной батареи транзистор 7 выключен и реле времени не включается. На инверсном входе компаратора 18 уровень

напряжения устанавливается выше, чем на неинверсном, и компаратор переключается в низкоимпедансное состояние. Разделительный диод 19 открывается, шунтирует генератор 20 прямоугольных импульсов и

включает регулирующий транзистор 4. Аккумуляторная батарея 2 заряжается до номинального напряжения (фиг. 2е), момент времени ty.

В момент времени t на делителе 15 напряжения, а значит и на неинверсном входе компаратора 18, устанавливается более высокий уровень напряжения, чем на инверсном входе. Компаратор 18 переключается в высокоимпедансное состояние, диод 19 закрывается и управляемый генератор

20прямоугольных импульсов начинает генерировать прямоугольные импульсы на включение регулирующего транзистора 4,

аккумуляторная батарея 2 переводится в режим подзаряда. Длительность импульса генератора 20 выбирается такой, чтобы действующая величина тока подзаряда аккумуляторной батареи была равна его номи нальному значению.

В случае повышения напряжения питающей сети выше максимального значения генератор 20 прямоугольных импульсов отключается и подзаряд аккумуляторной батареи прекращается.

При увеличении температуры внутри аккумуляторной батареи 2 уровень напряжения на делителе 16 напряжения на терморезисторах, а значит и на инверсном входе компаратора 18 понижается, компаратор 18 переходит в высокоимпедансное состояние и аккумуляторная батарея переходит в режим подзаряда при более низком напряжении на ее зажимах.

Уменьшение напряжения аккумуляторной батареи 2 до минимально допустимого уровня приводит к срабатыванию устройства 8 контроля разряда батареи и отключению нагрузки 3 от аккумуляторной батареи.

Развязывающие диоды 11-13 служат для разделения цепи заряда аккумуляторной батареи от цепи нагрузки при питании от источника 1 постоянного тока.

Таким образом, в предлагаемом устройстве путем уменьшения влияния изменения нагрузки и питающего напряжения на величину тока заряда и уровень заряженности аккумуляторной батареи удалось добиться более полного использования ее емкости, а в результате применения импульсного способа регулирования тока заряда - снизить потери энергии на регулирующем транзисторе.

Формула изобретения

Автономный источник питания шахтных транспортных средств, содержащий источник постоянного тока, аккумуляторную батарею, нагрузку, измерительный резистор, параллельно которому подключен через задающий резистор эмиттерно-базовый переход управляющего транзистора, регулирующий транзистор, устройство контроля разряда батареи, первый и второй развязывающие диоды, причем катод первого диода соединен с анодом второго диода и первым входом устройства контроля, делитель напряжения на двух терморезисторах, стабилитрон и последовательно соединенный с ним резистор, составляющие параметрический

стабилизатор напряжения, третий развязывающий диод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения в условиях колебаний напряжения источника постоянного тока и

обеспечения требуемой заряженности батареи, в него дополнительно введены управляемый генератор прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом источника постоянного тока, с эмиттером регулирующего транзистора и с анодом третьего развязывающего диода, а выход через резистор - с базой регулирующего транзистора, а также реле времени с выдержкой на включение и отключение, компаратор, четвертый дополнительный диод, подключенный анодом к выходу управляемого генератора прямоугольных импульсов, а катодом - к выходу компаратора, делитель напряжения на двух резисторах, подключенный параллельно батарее, средняя точка которого соединена с неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход которого соединен со средней точкой делителя на терморезисторах, подключенного

параллельно стабилитрону параметрического стабилизатора, и с выходом реле времени, вход которого соединен с коллектором управляющего транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором

регулирующего транзистора и через измерительный резистор - с резистором параметрического стабилизатора и с анодом первого развязывающего диода, катод которого соединен с положительным выводом

батареи, при этом катоды второго и третьего развязывающих диодов соединены между собой и вторым входом устройства контроля разряда батареи, выход которого соединен через нагрузку с отрицательным выводом

батареи.

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания шахтных транспортных средств с использованием аккумуляторных батарей контролируемой заряженности. Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения в условиях колебаний напряжения источника постоянного тока и обеспечения требуемой заряженности батареи. Автономный источник питания содержит сетевой и батарейный энергоисточники, регулирующий транзистор, измерительный и задающий резисторы, ключевые элементы, устройство контроля разряда батареи на основе первого компаратора, три силовых развязывающих диода, параметрический стабилизатор, резисторный и терморези- сторный делители напряжений, реле времени, а также подключенные к управляющей цепи регулирующего транзистора управляемый генератор прямоугольных импульсов и второй компаратор с четвертым развязывающим диодом. Реализация автономного источника питания обеспечивает эффективное использование емкости аккумуляторной батареи и снижение потерь энергии за счет импульсного способа регулирования зарядного тока батареи. 2 ил. у Ј

Мня

If

ц

tuL -

i . I4m.0.

IT

ПГ